专访中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所专家 中国破解“人造太阳”关键工程难题

本报记者 李迅典

日前，合肥科学岛迎来“人造太阳”相关突破。中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所内，一套长21米、重582吨的“巨无霸磁笼子”完成研制，正式通过内部专家组验收；与此同时，另一核心部件，在满参数测试中交出惊艳答卷。短时间内，两套完全国产化的聚变堆关键超导磁体相继亮相，宣告“人造太阳”工程化链条上最难啃的骨头被成功拿下。

一个要做最大的“磁笼”，一个要做最强的“火花塞”

“它的功能，就是用强磁场约束等离子体，让那个上亿度的‘火球’老老实实悬浮在真空室里，别碰到壁。”中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所研究员武玉向《环球时报》记者解释刚通过验收的环向场（TF）超导磁体时，打了个形象的比方，“它就像一个看不见的、极其坚固的磁笼子。”

武玉口中的这个“磁笼子”，单体重582吨，形如巨大字母D，长21米、宽12米、高3.3米，是目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。其体积是国际热核聚变实验堆（ITER）同类磁体的1.3倍，储能更是后者的3倍。未来16个这样的线圈将拼合成环，在等离子体中心产生6.5特斯拉的磁场，靠洛伦兹力牢牢束缚住高温等离子体。

不过，拥有坚固的“磁笼”只是基础，如何“点燃”并驱动等离子体则是另一道难题。同一天通过满参数测试的高温超导中心螺管（CS）线圈，扮演的正是点火者的角色。中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所研究员秦经刚向《环球时报》记者形容，它就相当于“汽车发动机的火花塞”。

实测数据显示，线圈稳定载流60千安、储能6.03兆焦，最大磁场变化率达每秒5.1特斯拉，接头电阻低至0.87纳欧，全部关键指标达到国际领先水平。作为紧凑型聚变能实验装置的核心“动力心脏”，该线圈承担着感应、驱动等离子体电流、动态调节等离子体约束形态的关键作用，直接决定聚变堆能否成功“点火”、稳定运行。

据专家介绍，此次两套磁体的突破，最核心的价值在于全链条自主可控。从超导带材、高强度低温不锈钢、特种绝缘材料等核心原材料，到结构设计、精密绕制、超低阻接头制备、失超保护等全套工艺，我国彻底打破国外技术垄断，实现100%国产化，彻底摆脱了核心部件“卡脖子”风险。

零下268.95摄氏度，挑战不可能

看得见的是庞然大物，看不见的是里面极端精密的工程奇迹。武玉告诉《环球时报》记者，聚变堆超导磁体要在极低温（零下268.95摄氏度）、大电流、强辐射和高应力的多重极端条件下，稳定可靠运行整整60年。这几乎是在挑战材料科学和制造工艺的极限。

“举个简单的例子，我们在铌三锡（Nb3Sn）超导体的热处理环节，线材需要在特定高温区间反应生成超导相。温度偏差几度，性能就可能断崖式下降。”武玉说，而他们的磁体线圈尺寸达十几米量级，保证整个巨型热处理炉内温度绝对均匀，本身就是一项尖端工程。团队为此攻破了超大尺寸线圈高精度绕制、真空压力浸渍等工艺瓶颈，并研制出新型高性能超导线、高强度低温不锈钢等关键材料。

另一边的CS线圈攻关同样惊心动魄。秦经刚回忆，6年前接到任务时只有两个要求：把性能提上去，把价格降下来。“设计怎么定、材料哪里来，全是未知数。”由于CS线圈要在瞬间产生极高的磁场变化，对导体的导电能力和机械强度提出了近乎矛盾的双重极限要求。团队创新采用应力分散支撑结构与高低温混合磁体设计，先后攻克大电流高温超导导体、小半径弯绕成型、失超保护等十余项关键技术，不仅让核心性能达标，还把一度高不可攀的高温超导带材成本从每米400元压到了100元，为后续装置的经济可行性扫清了关键障碍。

聚变之梦有了更清晰的时间表

此次两大超导磁体的突破，并非孤立的技术成果，而是中国“人造太阳”数十年持续深耕、迭代升级的必然结果，是我国可控核聚变技术从基础研究、原理验证向工程化、实用化跨越的重要里程碑。

在此之前，中国全超导托卡马克实验装置东方超环（EAST）已多次刷新世界纪录。去年1月，EAST成功实现1亿摄氏度等离子体稳态运行1066秒，创下全金属壁条件下高约束模运行时长的全球新纪录。

据介绍，作为ITER计划重要成员国，中国始终深度参与全球聚变科研合作，承担该项目超过9%的核心部件研制任务，所有交付产品100%通过国际评估，交付进度与质量稳居七方合作团队前列，为国际聚变研究贡献了中国方案。此次两大核心磁体的国产化突破，意味着中国彻底掌握了聚变堆最核心的工程制造技术，摆脱了对国外技术和装备的依赖，自主研发体系愈发成熟完善。

据武玉介绍，可控核聚变被誉为“终极清洁能源”，原料取自海水，一升海水的聚变能量相当于300升汽油，地球海洋中储存的氘资源可支撑人类数十亿年能源消耗，且聚变反应无碳排放、无强放射性核废料，安全性、清洁性、可持续性优势无可替代。长期以来，可控核聚变的理论原理已得到验证，但极端工况下的工程实现、长期稳定运行仍是全球公认的难题，而超导磁体技术的突破，正是破解这一难题的关键。

《环球时报》记者了解到，我国已清晰规划聚变能发展“三步走”战略，技术落地节奏持续加快。目前，紧凑型聚变能实验装置（BEST）核心部件研制顺利推进，计划2027年底建成，力争2030年前后实现核聚变发电。后续，中国聚变工程示范堆（CFEDR）也将稳步推进工程设计，瞄准建设全球首个聚变示范电站，推动聚变能源正式走进民用能源体系。

秦经刚表示，当前的磁体测试成功仅完成了80%的攻坚任务，后续仍需开展装置整机装配、极端工况长期服役测试，验证设备60年服役稳定性，彻底打通聚变工程化最后关卡。“聚变能源的商业化之路依然漫长，但每一次核心技术突破，都在缩短人类与终极清洁能源的距离。”▲